浅谈水泥基洞外灌浆技术在隧道纠偏中的应用

赵刚

（中国水利水电第八工程局有限公司铁路公司工程科技部，湖南 长沙 410004）

1 概述

当前，我国城市轨道交通发展迅猛，正处于大规模建设的高峰期，受地质条件及周边开发影响，地铁运营隧道整体受力较设计初期发生较大变化，特别是软弱地层地铁隧道，出现不同程度沉降及位移，为确保地铁隧道的安全运营，常规采取洞内水泥基灌浆技术进行线性纠偏回调，回调施工空间小，操作难度大，有效施工时间短，且只能在夜间停运阶段进行。

结合深圳地铁1 号线区间隧道纠偏工程，对不影响运行前提下实现纠偏回调进行了针对性研究。

图1 深圳地铁1 号线整治工程平面示意图

图2 纠偏前隧道沉降曲线图

图3 纠偏前隧道水平位移曲线图

该区间受前海建设项目基坑开挖影响，区间隧道产生不均匀沉降及位移，沉降最大值达78.6mm，基坑侧位移最大值达29.6mm。受影响区间隧道埋深12m～18m，所处地层自上至下依次为填土、淤泥、粘土、砂质粘土和全、强、中风化花岗岩，其中隧道主要穿越粘土、砂质粘土和全、强风化花岗岩，淤泥地层基本位于隧道拱顶上1m。

2 总体施工方案

为避免土体回调量被现状隧道周边松动区吸收，并考虑类似工程注浆纠偏效果，通过注浆和卸土相结合的方法对隧道进行纠偏。采用“小卸载+注浆”及“大卸载+注浆”方式对隧道进行纠偏，方案实施过程中根据现场实际效果调整和优化。

工程整体施工流程为：临建工程→小卸载及边坡支护→左线水平纠偏袖阀管注浆→右线水平纠偏袖阀管注浆→左线竖向纠偏袖阀管注浆→右线竖向纠偏袖阀管注浆→大卸载及边坡支护→压密注浆加固→基坑回填。

2.1 施工重难点

本工程实施期地铁1 号线要保持正常运营，如何保证按预期目标对隧道进行纠偏回调，不对其造成破坏或纠偏过度等是本工程的难点；合理选择卸载及注浆组合及注浆工艺直接关系到纠偏效果，是本工程的重点。

2.2 隧道顶部覆土卸载及注浆对隧道纠偏效果分析

2.2.1 隧道顶部覆土卸载对隧道沉降回调效果分析

地面卸载前需对隧道卸载整体范围、每次卸载分块范围、每次卸载厚度等参数进行细化研究，并通过隧道自动化监测及地面施工监测数据反馈情况，有针对性的对隧道回调效果进行分析，一是隧道顶部覆土卸载速率与隧道回调速率的关系；二是隧道顶部覆土卸载范围及卸载厚度与隧道回调效果的关系。

2.2.2 水泥基灌浆技术实现隧道回调参数分析

不同地层对于浆液类型、浆液配合比及注浆压力、注浆流量、注浆分段等有不同的要求，选择适宜的注浆参数才能达到注浆的效果。项目实施前在周边选择与工程地质类似的地段或在项目实施范围内选择一试验段进行注浆参数试验，主要试验内容如下：浆液类型、浆液配合比、注浆压力、注浆分段、袖阀管套壳料及注浆工艺等。

通过试验段确定各种条件下适宜的注浆参数并优化袖阀管注浆工艺，选择适宜的袖阀管、套壳料及注浆配套设施。

2.2.3 钻孔设备及钻孔工艺分析

目前国内钻孔设备主要分为地质钻和潜孔钻两种，两种设备对于不同的地层均有不同的特点，其中地质钻对于岩层、孤石等适应性强，潜孔钻在土层中钻进速度快成孔效率高。通过分析各类型设备及配套工艺条件下功效及成孔率，选择适宜的设备或设备组合开展钻孔作业。

2.2.4 地面分区注浆分段长度与隧道回调关系分析

本项目隧道纠偏主要采取竖向孔注浆进行横向纠偏、斜向孔深入隧道底部注浆进行竖向纠偏，不同的分段长度对隧道纠偏需选择适宜的注浆参数，主要通过建模计算、现场试验等手段研究袖阀管注浆长度方向各点与隧道圆形切线的受力关系，通过计算分析及现场试验确定适宜的分段长度和注浆参数。

3 现场纠偏回调实施方案

3.1 现场纠偏回调实施方案分为六个步骤：步骤一：对左线隧道上方2m 覆土先行卸载，局部释放和回调已达临界状态的管片内力和变形，并观测土体卸载对隧道回调的作用；步骤二：对左、右线隧道基坑侧土体进行竖向袖阀管压密注浆，加固基坑侧土体，并通过控制注浆压力对隧道进行水平纠偏；步骤三：于左、右线隧道两侧各布置斜向袖阀管，袖阀管纵向间距1m，横向布置3 排，向隧道底部进行压密注浆，并进行竖向纠偏；步骤四：在注浆纠偏措施未能达到预期效果（回调30mm）时，对隧道上方土体进行大面积卸载纠偏；按沉降超过50mm 的区段卸载至7.5m 深，沉降达到30～50mm 的区段卸载至5m 深，沉降小于30mm 的区域卸载至2.5m 的原则进行纵向卸载分区。步骤五：卸载完毕后对隧道周边土体进行压密注浆，注浆范围隧道顶部3m，隧道两侧9m，隧道底部以下6m，并预留后续跟踪注浆管。步骤六：卸载区在隧道洞周土体加固完毕后回填。

3.2 小荷载卸载纠偏

对左线隧道上方影响区段全长进行开挖卸载，卸载厚度2m，施工过程中分区域分块进行，从沉降最大位置向两侧开挖，采取浅层开挖方式逐层向下开挖，每层开挖深度不大于1m。根据沉降数据对土方卸载进行分区，按沉降超过50mm 的区段、沉降达到30～50mm 的区段、沉降小于30mm 的区域进行分区，将施工区域分为A、B、C、D、E 区共5 个区，考虑到C 区较长，划分为C-1、C-2、C-3 三个分区，具体参见分区示意图(图4)：施工顺序由C-1 区中部沿隧道走向向两侧同步均衡开挖，整个长度方向全面积下挖一层后，掉头重新从C 区中部沿隧道走向向两侧同步均衡开挖，直至达到开挖深度。卸载同步对边坡进行挂网喷砼支护，避免边坡坍塌。小荷载卸载后隧道回调效果见图5。小卸载施工对隧道水平位移无明显回调，竖向回调约3mm，最大沉降量减小至76mm 内。

图4 小卸载分区示意图

图5 小卸载产生的竖向回调曲线图

3.3 大荷载卸载

在小荷载卸载未达到预期效果时，对隧道上方土体进行大面积卸载纠偏。按“沉降超过50mm 的区段卸载至7.5m 深，沉降达到30～50mm 的区段卸载至5m 深，沉降小于30mm 的区域卸载至2.5m”的原则进行纵向卸载分区。具体分区同小荷载卸载分区，为降低右线隧道在大面积卸载过程中产生较大回弹的风险，在隧道横断面方向上划分为三个区域。区域一、三土体开挖深度相同，区域二（右线隧道上方）保留高于两侧区域3m 的土体，形成W 形基坑。施工流程按照由C 区沿着隧道纵向向两侧均衡同步开挖，横断面上先开挖区域一、三，再开挖区域二。施工分层按照0.50～1m，开挖抽条跳块施工，每跳块宽度5m 左右，每次开挖深度不超过1m，各分区、分段每次下挖一层后（即待全面积下沉一层），重新由C 区向两侧均衡同步开挖，直至达到设计开挖深度。施工过程中每层开挖深度根据监测数据反馈情况及时进行调整。

3.4 水泥- 水玻璃双液浆袖阀管注浆

3.4.1 施工区段划分

平面上横向分为7 个施工区、纵向分为6 排孔位，竖向分为5 段依次自下而上同步注浆。根据沉降、位移的程度划分的7 个区，最中间为沉降最大区域，横向由以中心区为首开施工点，沿隧道方向往两侧同步施工；纵向根据与距离隧道由远及近依次从第1 排至第8 排逐步施工，第1 排、第2 排为止浆墙，止浆墙的作用一是形成帷幕防止浆液窜流，二是作为持力层对隧道附近土体造成反作用力以实现对隧道的回调；单孔注浆垂直高度为9m，利用袖阀管的可控性，竖向自下而上划分段注浆施工。

3.4.2 注浆材料及注浆参数

套壳料配合比：孔底段，水泥：粘土：水=1.0：0.3：1.0，孔口段，水泥：粘土：水=1.0：0.4：1.0；浆液配比：水泥浆水灰比1：1、水泥浆和水玻璃1：1；注浆段长：注浆分段分5 段，段长分别为2、2、2、2、1m；注浆压力：第1 排0.5MPa、第2 排0.5MPa、第3 排0.3MPa、第4、5、6 排0.3～0.5MPa、第7、8 排0.3MPa；注浆结束标准：注浆压力逐步升高，达到0.5MPa 后继续注浆10 分钟；隧道回调速率达2mm/d 后立即结束注浆。

3.4.3 钻孔设备及钻孔工艺

选取地质钻机和MDL-135D 型锚固钻机两种设备进行钻孔试验，分别选用不同的钻头和工艺进行钻孔，具体情况如表1 钻孔方式分析表。

表1 钻孔方式分析表

根据试验采用方式三MDL-135D 型锚固钻机，在杂填土层采用冲击钻头钻进作引孔后，下部更换三翼钻头回转钻进。

3.4.4 注浆纠偏

注浆纠偏施工主要工序为：钻孔、袖阀管安装、袖阀管开环、配置浆液、注浆、孔口封堵。其工序流程见图6 注浆纠偏施工流程图。

图6 注浆纠偏施工流程图

钻孔主要采用地质钻+泥浆护壁成孔，覆盖层遇到大块石钻进困难时，采用锚固钻机进行跟管钻进；注浆采用水泥+水玻璃混合浆液灌注。纠偏注浆钻孔深度为伸入中风化花岗岩内，水平纠偏孔深一般为26m，竖直纠偏孔深一般为30m。

注浆顺序：由隧道外侧往隧道侧进行注浆，隔孔交替注浆。结合注浆孔分排分区情况，拟定的水平纠偏分排分区注浆顺序见表2 水平纠偏分排分区注浆顺序：

表2 水平纠偏分排分区注浆顺序

竖向纠偏分排分区注浆顺序见表3 竖向纠偏分排分区注浆顺序：

表3 竖向纠偏分排分区注浆顺序

由于YZB-50/70 双液注浆泵注浆过程中压力波动较大，注浆方式为液压脉冲式，对隧道安全不利，为保证注浆过程中隧洞的安全，隧洞附近的2 排注浆孔采用150 型泥浆泵分别注入水泥浆和水玻璃，该泵输出压力稳定，流量可控，配合比可调，可适用于不同要求的双液注浆。

4 纠偏成果

经有限元分析结合监测数据成果对比如下：

4.1 实际小范围卸载影响（地下水位保持初始水位2.9m 不变）有限元分析结果显示隧道受小范围卸载影响较小。

4.2 实际水平纠偏分析

有限元分析结果显示左线水平变形25-30mm（实际水平纠偏引起最大水平位移28mm），左线隧道竖向位移5-15mm（实际水平纠偏引起最大竖向位移18mm），有限元分析结果与实际工程监测数据较为吻合。

4.3 预期竖向纠偏

有限元分析结果显示左线水平变形-5～7mm，左线隧道竖向位移10-15mm，该有限元分析结果忽略了水平纠偏产生的加固作用，实际工程中，斜孔竖向纠偏的措施在水平纠偏加固以后实施，所以水平纠偏对土体产生的加固作用不可忽视。

4.4 实际竖向纠偏分析

从分析结果来看，有限元结果显示左线水平变形-4～4mm，左线隧道竖向位移0-2mm，有限元分析结果与实际工程监测数据较为吻合，斜孔竖向纠偏在水平纠偏加固之后实施纠偏效果微弱。实际工程中，通过自动化监测控制地铁隧道管片变形值，从而控制隧道在安全范围以内。

结束语

深圳地铁1 号线区间隧道纠偏工程已圆满完成，本工程结合沿海地区地质特点，采用地面土体控制性卸载和袖阀管注浆技术，通过选取不同地层袖阀管注浆工艺及袖阀管注浆参数、自动化监测技术等对隧道竖向和水平变形进行纠偏回调，效果显著，期间未对既有运营区间产生不良影响，确保了其正常运营，对类似地铁工程纠偏技术有着十分重要的借鉴作用。